Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ответы на коллоки / Биохимия 2 колл

.docx
Скачиваний:
284
Добавлен:
24.06.2019
Размер:
298.69 Кб
Скачать

4.Реакции дегидрирования. На первом этапе реакции имеет место дегидрирование изолимонной кислоты, в результате которого образуется щавелевоянтарная кислота и НАД*Н2 

Третья реакция, по-видимому, лимитирует скорость цикла Кребса. Изолимонная кислота дегидрируется в присутствии НАД-зависимой изо-цитратдегидрогеназы.

В результате шестой реакции сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту. Окисление сукцината катализируется сукцинатдегидрогеназой, в молекуле которой с белком прочно (ковалентно) связан кофермент ФАД. В свою очередь сукцинатдегидрогеназа прочно связана с внутренней ми-тохондриальной мембраной:

13.Структурная организация начального участка дых.цепи.

I комплекс (НАДН-КоQН2-редуктаза) – принимает электороны от митохондриального НАДН и транспортирует их на КоQ. Протоны транспортируются в межмембранное пространство. Промежуточным акцептором и переносчиком протонов и электронов являются ФМН и железосерные белки. I комплекс разделяет поток электронов и протонов. II комплекс – сукцинат – КоQ - редуктаза – включает ФАД- зависимые дегидрогеназы и железосерные белки. Он транспортирует электроны и протоны от флавинзависимых субстратов на убихинон, с образованием промежуточного ФАДН2. Убихинон легко перемещается по мембране и передает электроны на III комплекс. III комплекс – КоQН2 - цитохром с - редуктаза – имеет в своем составе цитохромы b и с1, а также железосерные белки. Функционирование КоQ с III комплексом приводит к разделению потока протонов и электронов: протоны из матрикса перекачиваются в межмембранное пространство митохондрий, а электроны транспортируются далее по ЦТД. IV комплекс – цитохром а - цитохромоксидаза – содержит цитохромоксидазу и транспортирует электроны на кислород с промежуточного переносчика цитохрома с, который является подвижным компонентом цепи.

5.Декарбоксилирование. На втором этапе щавелевоянтарная кислота, все еще, вероятно, связанная с ферментом, подвергается декарбоксилированию. Продукты реакции - альфа-кетоглутаровая кислота, освобождающаяся от фермента, и СО2.альфа-Кетоглутаровая кислота подвергается далее окислительному декарбоксилированию, катализируемому альфа-кетоглутаратдегидрогеназным комплексом, в результате чего образуется сукцинил-КоA . Эта реакция - единственная необратимая реакция из десяти составляющих ЦТК. Один из продуктов реакции - сукцинил-КоA - представляет собой соединение, содержащее высокоэнергетическую тиоэфирную связь.

14.НАДН-дегидрогеназа.

I комплекс (НАДН-КоQН2-редуктаза) – принимает электороны от митохондриального НАДН и транспортирует их на КоQ. Протоны транспортируются в межмембранное пространство. Промежуточным акцептором и переносчиком протонов и электронов являются ФМН и железосерные белки. I комплекс разделяет поток электронов и протонов.

6.7.Цикл Кребса,послед р-й.

Главным и основным регулятором ЦТК является оксалоацетат, а точнее его доступность. Наличие оксалоацетата вовлекает в ЦТК ацетил-SКоА и запускает процесс. 

Аллостерическая регуляция

Также 1-й, 3-й и 4-й ферменты ЦТК являются чувствительными к аллостерической регуляцииметаболитами:

 

Ингибиторы

Активаторы

Цитратсинтаза

АТФ, цитрат, НАДН, ацил-SКоА

 

Изоцитрат-дегидрогеназа

АТФ, НАДН

АМФ, АДФ

α-Кетоглутарат-дегидрогеназа

Сукцинил-SКоА, НАДН

 

15. 2 комплекс. ФАД-зависимые дегидрогеназы

Данный комплекс как таковой не существует, его выделение условно. Он включает в себя ФАД-зависимые ферменты, расположенные на внутренней мембране – например, ацил-SКоА-дегидрогеназа (β-окисление жирных кислот), сукцинатдегидрогеназа (цикл трикарбоновых кислот), митохондриальная глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа (челночный механизмпереноса атомов водорода).

Функция

  1. Восстановление ФАД в окислительно-восстановительных реакциях.

  2. Обеспечение передачи электронов от ФАДН2 на железосерные белки внутренней мембраны митохондрий. Далее эти электроны попадают на коэнзим Q (убихинон).

  3. Витамин B2(рибофлавин) необходим для образования эритроцитов, антител, для регуляции роста и репродуктивных функций в организме. Он также необходим для здоровой кожи, ногтей, роста волос и в целом для здоровья всего организма, включая функцию щитовидной железы.

8.Механизмы регуляции цикла Кребса.

Скорость функционирования ЦТК точно подогнана к потребности клеток в АТФ, т.е. цикл Кребса сопряжен с дыхательной цепью, функционирующей только в аэробных условиях. Важной регуляторной реакцией цикла является синтез цитрата из ацетил-КоА и оксалоацетата, протекающий при участии цитратсинтазы. Высокий уровень АТФ ингибирует данный фермент. Вторая регуляторная реакция цикла – изоцитратдегидрогеназная. АДФ и НАД+активируют фермент, НАДН(Н+) и АТФ ингибируют. Третьей регуляторной реакцией является окислительное декарбоксилирование a-кетоглутарата. НАДН(Н+),сукцинил-КоА и АТФ ингибируют a-кетоглутаратдегидрогеназу.

16.Структурная организация переносчиков электронов внутр.мембраны митохондрий.

I. НАДН-KoQ-редуктаза (содержит промежуточные акцепторы водорода: флавинмононуклеотид и железосерные белки).

II. Сукцинат-KoQ-редуктаза (содержит промежуточные акцепторы водорода: ФАД и железосерные белки).

III. KoQН2-цитохром с-редуктаза (содержит акцепторы электронов: цитохромы b и с1, железосерные белки).

IV. Цитохром с-оксидаза (содержит акцепторы электронов: цитохромы а и а3, ионы меди Cu2+).

энергетическое - образующиеся метаболиты окислительной части могут использоваться в гликолизе

Ингибиторы I комплекса — барбитураты, ротенон, пиерицидин

Ингибитор II комплекса — малонат.

Ингибитор III комплекса — антимицин А, миксотиазол, стигматтелин

Ингибиторы IV комплекса — сероводород, цианиды, угарный газ, оксид азота.

9.Биологическое значение ЦТК.

Цикл Кребса выполняет интеграционную, амфиболическую (т.е. катаболическую и анаболическую), энергетическую и водороддонорную роль.

Интеграционная состоит в том, что ЦТК представляет собой конечный общий путь окисления топливных молекул – углеводов, жирных кислот и аминокислот.

В ЦТК происходит окисление ацетил-КоА – это катаболическая роль.

Анаболическая роль цикла заключается в том, что он поставляет промежуточные продукты для биосинтетических процессов. Например, оксалоацетат используется для синтеза аспартата, a-кетоглутарат – для образования глутамата, сукцинил-КоА – для синтеза гема.

Одна молекула АТФ образуется в ЦТК на уровне субстратного фосфорилирования – это энергетическая роль.

Водороддонорная состоит в том, что ЦТК обеспечивает восстановленными коферментами НАДН(Н+) и ФАДН2 дыхательную цепь, в которой происходит окисление водорода этих коферментов до воды, сопряженное с синтезом АТФ. При окислении одной молекулы ацетил-КоА в ЦТК образуются 3 НАДН(Н+) и 1 ФАДН2

Выход АТФ при окислении ацетил-КоА составляет 12 молекул АТФ (1 АТФ в ЦТК на уровне субстратного фосфорилирования и 11 молекул АТФ при окислении 3 молекул НАДН(Н+) и 1 молекулы ФАДН2 в дыхательной цепи на уровне окислительного фосфорилирования).

амфиб.

анаб.

1.Пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) молекулярной массой 6*106 д., включает в себя три вида ферментов (Е1-Е3) и пять видов коферментов. При этом 2 кофермента (НАД и HS-КоА) находятся в свободном состоянии и входят в состав комплекса только в момент реакции. Общий вид реакции окислительного декарбоксилирования пирувата:

Ферменты пируватдегидрогеназного комплекса.Е1 – пируватдегидрогеназа декарбоксилирующая;Е2 – дигидролипоилацетилтрансфераза (трансацетилаза);Е3 – дигидролипоилдегидрогеназа.

Коферменты пируватдегидрогеназного комплекса

Тиаминдифосфат (ТДФ, ТПФ), содержащий витамин В1, кофактор пируватдегидрогеназы.

Липоевая кислота, кофактор трансацетилазы.

Кофермент ФАД, содержащий витамин В2, кофактор дегидрогеназы дигидролипоевой кислоты.

Кофермент НАД, содержащий витамин РР.

Кофермент НS-КоА, содержащий аденин, рибозу, два остатка фосфорной кислоты, пантотеновую кислоту (витамин В3).

Окислительное декарбоксилирование ПВК протекает в несколько стадий, в процессе которых двухуглеродный фрагмент, образующийся из ПВК, переносится на липоевую кислоту, а затем на HS-КоА.

Витамины, входящие в состав пируватдегидрогеназного комплекса

В состав ПДК входит пять витаминов (РР. В2, липоевая кислота, В1, пантотеновая кислота).

Липоевая кислота - витаминоподобное вещество, представляет собой восьмиуглеродную жирную кислоту с двумя -SH группами. Биологическая роль:является коферментом ПДК, участвует в окислении α - кетокислот.

Пантотеновая кислота является витамином, который, в свою очередь, включает β - аланин и производное масляной кислоты. Она распространена в животных и растительных продуктах. Суточная потребность в пантотеновой кислоте составляет до 10 мг. Биологическая роль: входит в состав НS- КоА и участвует в окислительном декарбоксилировании α - кетокислот, участвует в активации жирных кислот. Авитаминоз проявляется дерматитом, депигментацией волос, поражением нервной системы.

Витамин В1 включает в свой состав пиримидиновое кольцо, содержит аминогруппу. Суточная потребность в нём составляет 2 мг. Тиамин содержится в злаках, дрожжах. Биологическая роль: входит в состав кофермента ТДФ и участвует в окислительном декарбоксилировании α - кетокислот, а также является коферментом транскетолазной реакции в пентозофосфатном пути окисления глюкозы. Авитаминоз проявляется полиневритами (болезнь бери-бери).

Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса осуществляется путём фосфолирирования - дефосфолирирования пируватдегидрогеназы

Активаторами ПДК служат АДФ и НАД окисленный. Ингибиторами этого комплекса являются АТФ и НАДН2..

Биологическая роль окислительного декарбоксилирования пирувата Биологическое значение процесса окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты заключается в том, что оно является важным этапом катаболизма, позволяющим включаться в цикл Кребса тем веществам, при распаде которых образуется ПВК. Образовавшаяся молекула НАДН2 окисляется в длинной дыхательной цепи с образованием 3-х молекул АТФ. Окислительное декарбоксилирование пирувата протекает внутри митохондрий.

10.Энергетический эффект полного окисления ПВК до СО2 и воды.

  1. Окислительное декарбоксилирование ПВК дает 6 моль АТФ, так как в электронотранспортную цепь водороды поставляют 2 моль НАД.

3. К числу пиридинзависимых дегидрогеназ относится свыше 150 ферментов, которые катализируют восстановление НАД и НАДФ различными органическими субстратами.

Катализируемые пиридинзависимыми дегидрогеназами реакции можно изобразить так:

Способность НАД и НАДФ играть роль промежуточного переносчика водорода связана с наличием в их структуре амида никотиновой кислоты. В электронно-протонной форме обратимое гидрирование - дегидрирование (присоединение и отдача протонов и электронов) этих коферментов может быть представлено с помощью следующего уравнения

в первую очередь, коэнзим Q10 является мощнейшим антиоксидантом, молекулы Q10 которого используются многократно, а сам убихинон после окисления постоянно регенерируется организмом. Вдобавок вещество восстанавливает окисленный токоферол, который, в свою очередь, оберегает мембраны клеток от воздействия свободных радикалов.Реакции дегидрирования имеют огромное значение в ЦТК: отщепляя углерод с веществ и присоединяя его к НАД и ФАД, образуются НАДН+Н+ и ФАД∙Н2, которые образуют в дыхательной цепи АТФ.

11.Современное представление о биологическом окислении.

Согласно современной теории БО:

· Окисление происходит как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

· В аэробных организмах существует несколько путей использования О2.

· Реакции БО необходимы в первую очередь для получения энергии в форме АТФ, а также для синтеза новых веществ, разрушения ксенобиотиков и продуктов метаболизма.

· БО является сложным, многостадийным процессом, в котором ведущую роль играют ферменты оксидоредуктазы.

Ферменты этого класса катализируют окислительно-восстановительные реакции, лежащие в основе биологического окисления. Коферментами этого класса

являются НАД, НАДФ, ФАД, ФМН, убихинон, глутатион, липоевая кислота.

Наиболее распространены следующие рабочие названия оксидоредуктаз:

1. Дегидрогеназы – оксидоредуктазы, катализирующие дегидрирование субстрата с использованием в качестве акцептора водорода любых молекул, кроме кислорода.

2. Если перенос водорода от молекулы донора трудно доказуем, то такие оксидоредуктазы называют редуктазами.

3. Оксидазы – оксидоредуктазы, катализирующие окисление субстратов с молекулярным кислородом в качестве акцептора электронов без включения кислорода в молекулу субстрата.

4. Монооксигеназы – оксидоредуктазы, катализирующие внедрение одного атома кислорода в молекулу субстрата с молекулярным кислородом в качестве донора кислорода.

5. Диоксигеназы – оксидоредуктазы, катализирующие внедрение 2 атомов кислорода в молекулу субстрата с молекулярным кислородом в качестве донора кислорода.

6. Пероксидазы – оксидоредуктазы, катализирующие реакции с пероксидом водорода в качестве акцептора электронов.

Никотинамидзависимые дегидрогеназы  Никотинамидзависимые дегидрогеназы  - сложные белки, состоящие из белковой и небелковой части. Белковая часть дегидрогеназ определяет их специфичность, имеет молекулярную массу, равную 70 тыс. д. В активном центре дегидрогеназ присутствуют SH группы. Кофермент дегидрогеназ представлен динуклеотидами НАД и НАДФ. флавиновые дегидрогеназы Это сложные белки, состоящие из белка и небелковой части,  представленной флавинмононуклеотидом (ФМН) или флавинадениндинуклеотидом (ФАД). Белковая часть флавопротеидов имеет большую молекулярную массу около 200 тыс. д. и прочно связывается с небелковой частью. Одной из основных функций митохондрий является синтез АТФ — универсальной формы химической энергии в любой живой клетке.

В целом весь процесс энергообразования в митохондриях может быть разбит на четыре основные стадии, первые две из которых протекают в матриксе, а две последние — на кристах митохондрий:

  1. Превращение поступивших из цитоплазмы в митохондрию пирувата и жирных кислот в ацетил-СоА;

  2. Окисление ацетил-СоА в цикле Кребса, ведущее к образованию НАДН и двух молекул СО2;

  3. Перенос электронов с НАДН на кислород по дыхательной цепи с образованием Н2О;

  4. Образование АТФ в результате деятельности мембранного АТФ-синтетазного комплекса.

субстратное фосфорилирование — процесс образования АТФ, не связанный с мембранами. В этом случае АТФ образуется За счет того, что фосфатная группа перемещается от (субстрата) к АДФ (например, образование АТФ при гликолизе).

Этот способ связан с передачей макроэргического фосфата субстрата на АДФ. К таким веществам относятся метаболиты гликолиза (1,3-дифосфоглицериновая кислота, фосфоенолпируват), цикла трикарбоновых кислот (сукцинил-SКоА) и креатинфосфат. Энергия гидролиза их макроэргической связи выше, чем 7,3 ккал/моль в АТФ, и роль указанных веществ сводится к использованию этой энергии для фосфорилирования молекулы АДФ до АТФ.

Отличия: разные источники энергии, для окислительного необходимы движение электронов в дых цепи, для субстратного необ-ма энергия макроэргической связи.оксилительное на мембране митохондрий, субстратное в цитозоле.

12.Структурная организация дыхательной цепи.

Дыхательная цепь включает три белковых комплекса (комплексы I, III и IV), встроенных во внутреннюю митохондриальную мембрану, и две подвижные молекулы-переносчики — убихинон (кофермент Q) и цитохром с. Сукцинатдегидрогеназа, принадлежащая собственно к цитратному циклу, также может рассматриваться как комплекс II дыхательной цепи. АТФ-синтаза (см. с. 144) иногда называется комплексом V, хотя она не принимает участия в переносе электронов.

Комплексы дыхательной цепи построены из множества полипептидов и содержат ряд различных окислительно-восстановительных коферментов, связанных с белками (см. сс. 108, 144). К ним принадлежат флавин [ФМН (FMN) или ФАД (FAD), в комплексах I и II], железо-серные центры (в I, II и III) и группы гема (в II, III и IV). 

Организация дыхательной цепи

Перенос протонов комплексами I, III и IV протекает векторно из матрикса в межмембранное пространство. При переносе электронов в дыхательной цепи повышается концентрация ионов H+, т. е. понижается значение рН. В интактных митохондриях по существу только АТФ-синтаза (см. с. 144) позволяет осуществить обратное движение протонов в матрикс. На этом основано важное в регуляторном отношении сопряжение электронного переноса с образованием АТФ

Окислительно-восстановительный потенциал (редокс-потенциал — мера способности химического вещества присоединять электроны (восстанавливаться[1]). Окислительно-восстановительный потенциал выражают в милливольтах (мВ). В биохимии для обозначения передаваемого от донора к акцептору одного электронного эквивалента (электрона, либо электрона и протона и др.) часто используют термин восстановительный эквивалент. Этот термин ничего не говорит о том, что именно передается — электрон как таковой, водородный атом, гидрид-ион (Н-) или же передача происходит в реакции с кислородом, приводящей к образованию окисленного продукта.

Способность восстановителя отдавать электроны окислителю выражается величиной окислительно-восстановительного потенциала (стандартного восстановительного потенциала) или редокс-потенциала. Редокс-потенциал определяют измерением электродвижущей силы (э. д. с.) в вольтах, возникающей в полуэлементе, в котором восстановитель и окислитель

18.Взаимосвязь цикла Кребса и тканевого дыхания.

Последние три реакции обратимы, но поскольку НАДН∙Н+ захватывается дыхательной цепью, равновесие реакции сдвигается вправо, т.е. в сторону образования оксалацетата. Как видно, за один оборот цикла происходит полное окисление, “сгорание”, молекулы ацетил-КоА. В ходе цикла образуются восстановленные формы никотинамидных и флавиновых коферментов, которые окисляются в дыхательной цепи митохондрий. Таким образом, цикл Кребса находится в тесной взаимосвязи с процессом клеточного дыхания.

Для работы цикла Кребса и дыхательной цепи требуются следующие витамины: В1, В2, РР, Q, пантотеновая и липоевая кислоты.

Зависимость ин­тенсивности дыхания митохондрий от концент­рации АДФ называют дыхательным контролем. В результате дыхательного контроля скорость синтеза АТФ соответствует потребностям клет­ки в энергии.

Особенностью регуляции ЦТК является зависимость всех четырех дегидрогеназ цикла (изоцитратдегидрогеназы, а-кетоглутаратдегидрогеназы, сукцинатдегидрогеназы, малатдегидрогеназы) от отношения [NADH]/[NAD + ]. Активность цитратсинтазы тормозится высокой концентрацией АТР и собственным продуктом — цитратом. Изоцитратдегидрогеназа ингибируется NADH и активируется цитратом. а-Кето- глутаратдегидрогеназа подавляется продуктом реакции — сукцинил-СоА и активируется аденилатами. Окисление сукцината сукцинатдегидрогеназой тормозится оксалоацетатом и ускоряется АТР, ADP и восстановленным убихиноном (QH2). Наконец, малатдегидрогеназа ингибируется оксалоацетатом и у ряда объектов — высоким уровнем АТР.

19.Окислительное фосфорилирование.— метаболический путь, при котором энергия, образовавшаяся при окислении питательных веществ, запасается в митохондриях клеток в виде АТФ.

Окислительное фосфорилирование состоит из процессов окисленияифосфорилирования, которые между собой сопряжены.

Процесс окисления

Процесс окисления происходит при движении электронов по дыхательной цепи от субстратов тканевого дыхания на кислород. Дыхательная цепь окислительного фосфорилирования состоит из 4 белковых комплексов, встроенных во внутреннюю мембрану митохондрий и небольших подвижных молекул убихинона и цитохрома С, которые циркулируют в липидном слое мембраны между белковыми комплексами.

Этапы движения е- по дыхательной цепи:

2е- от НАДН2, проходят через I комплекс (ФМН→SFe белок) на КоQ, высвобождаемая при этом энергия обеспечивает перекачку Н+ (механизм переноса Н+ неизвестен).

КоQ с 2е- забирает у воды 2Н+ из матрикса и превращается в КоQН2 (восстановление КоQ проходит также с участием комплекса II).

КоQН2 переносит 2е- на комплекс III, а 2Н+ в межмембранное пространство.

Цитохром С переносит е- c III комплекса на IV комплекс.

IV комплекс сбрасывает е- на О2, высвобождаемая при этом энергия обеспечивает перекачку Н+ (механизм переноса Н+ неизвестен).

Комплекс I – НАДН2 дегидрогеназный комплекс – самый большой из дыхательных ферментных комплексов – имеет молекулярную массу свыше 800КДа, состоит из более 22 полипептидных цепей, в качестве коферментов содержит ФМН и 5 железо-серных (Fe2S2 и Fe4S4) белков.

Для биосинтеза АТФ необходимы 2 условия: 1)потенциал свыше 0,2 вольта, 2)наличие активного фермента – протонзависимой-АТФ-синтазы.

20.Сопряжение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования в дых.цепи.

Сопряжение в дыхательной цепи— это такое состояние, когда окисление (перенос электронов) сопровождается фосфорилированием, то есть синтезом АТФ.

Разобщение— это состояние дыхательной цепи, когда окисление идет, а фосфорилирование не происходит, то есть пункты фосфорилирования выключены.Е в виде тепла. Разобщение вызывают липофиль-ные вещества, которые способны переносить протоны водорода с внешней стороны внутренней мембраны митохондрий на внутреннюю, минуя АТФ-синтетазу. 2,4-ДНФ (динитрофенол), яды промышленных производств, бактериальные токсины, набухание митохондрий, жирные кислоты, ионофоры (вещества, переносящие ионы через мембрану). Разобщители повышают скорость переноса электронов по дыхательной цепи и выводят ее из под контроля АТФ.

Выделяют три основных группы ингибиторов:

1. действующие на I комплекс, например, амитал (производное барбитуровой кислоты), ротенон, прогестерон,

2. действующие на III комплекс, например, экспериментальный антибиотик антимицин А,

3. действующие на IV комплекс, например, сероводород (H2S), угарный газ (СО), цианиды (-CN).

Окисление молекулы NADH в ЦПЭ сопровождается образованием 3 молекул АТФ; электроны от FAD-зависимых дегидрогеназ поступают в ЦПЭ на KoQ, минуя первый пункт сопряжения. Поэтому образуются только 2 молекулы АТФ.

Отношение количества фосфорной кислоты (Р), использованной на фосфорилирование AДФ, к атому кислорода (О), поглощённого в процессе дыхания, называют коэффициентом окислительного фосфорилирования и обозначают Р/О.

Бурый жир содержит много митохондрий. В мембране митохондрий имеется большой избыток дыхательных ферментов по сравнению с АТФ-синтазой. Около 10% всех белков приходится на так называемый разобщающий белок (РБ-1) - термогенин. Бурый жир имеется у новорождённых, но его практически нет у взрослого человека.

21.Регуляция тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования.

Дыхательный контроль Окисление субстратов и фосфорилирование АДФ в митохондриях прочно сопряжены. Скорость использования АТФ регулирует скорость потока электронов в ЦПЭ. Если АТФ не используется и его концентрация в клетках возрастает, то прекращается и поток электронов к кислороду. С другой стороны, расход АТФ и превращение его в АДФ увеличивает окисление субстратов и поглощение кислорода. Зависимость интенсивности дыхания митохондрий от концентрации АДФ называют дыхательным контролем. Механизм дыхательного контроля характеризуется высокой точностью и имеет важное значение, так как в результате его действия скорость синтеза АТФ соответствует потребностям клетки в энергии. Запасов АТФ в клетке не существует.

Относительные концентрации АТФ/АДФ в тканях изменяются в узких пределах, в то время как потребление энергии клеткой, т.е. частота оборотов цикла АТФ и АДФ, может меняться в десятки раз. Общее содержание АТФ в организме 30-50 г, но каждая молекула АТФ в клетке "живёт" меньше минуты. В сутки у человека синтезируется 40-60 кг АТФ и столько же распадается. Увеличение концентрации АДФ немедленно приводит к ускорению дыхания и фосфорилирования.

22.Понятие о метаболизме,метаболических путях..

Метаболизм - совокупность химических превращений веществ от момента поступления их в клетку до выделения конечных продуктов. Сумма процессов катаболизма и анаболизма.

Метаболические пути - пути это пути преобразования вещества путем катаболизма и анаболизма.

Катаболизм - процесс расщепления органических молекул до конечных продуктов. Конечные продукты превращений органических веществ у животных и человека - СО2, Н2О и мочевина. В процессы катаболизма включаются метаболиты, образующиеся как при пищеварении, так и при распаде структурно-функциональных компонентов клеток.

Реакции катаболизма сопровождаются выделением энергии (экзергонические реакции).

Анаболизм объединяет биосинтетические процессы, в которых простые строительные блоки соединяются в сложные макромолекулы, необходимые для организма. В анаболических реакциях используется энергия, освобождающаяся при катаболизме (эндергонические реакции).

конечныйпродукт метаболизма,-промежуточныйпродукт,-узловойметаболит.

Узловой метаболит-вещество, которое имеет несколько путей образования и использования.

Экзерогонические реакции – G < 0 и системой совершается работа (окисление глюкозы)

Эндерогонические – G > 0 и над системой совершается работа.

Если процесс катаболизма рассматривать с общей точки зрения, то можно выделить три основные его части:

Расщепление в пищеварительном тракте. Это гидролитические реакции, превращающие сложные пищевые вещества в относительно небольшое число простых метаболитов: глюкоза, аминокислоты, глицерин, жирные кислоты.

Специфические пути катаболизма. Простые метаболиты подвергаются специфическим реакциям расщепления, в результате которых образуется либо пировиноградная кислота, либо ацетил — КоА. Причем ацетил — КоА может образоваться из пирувата в результате окислительного декарбоксилирования. Могут также образоваться другие соединения, непосредственно включающиеся в цитратный цикл.

Цитратный цикл и дыхательная цепь завершают расщепление пищевых веществ до конечных продуктов — СО2 и Н2О.

Следовательно, начиная со стадии образования пирувата происходит унификация путей катаболизма. Из большого числа исходных соединений образуется всего два — пируват и ацетил — СоА. Процесс, начинающийся от пирувата, называется общим путем катаболизма и в свою очередь включает:

окислительное декарбоксилирование пирувата и цитратный цикл.

Именно в общем пути катаболизма образуется основная масса субстратов для реакций дегидрирования. Совместно с дыхательной цепью и окислительным фосфорилированием общий путь катаболизма является основным источником энергии в форме АТР.

23.Понятие о макроэргических соединениях организма.

Макроэргические соединения – органические соединения живых клеток, содержащие богатые энергией, или макроэргические связи. (сахарофосфаты, АТФ, УДФ и др.)

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) – нуклеотид, образованный аденозином и тремя остатками фосфорной кислоты. Во всех живых организмах выполняет роль универсального аккумулятора и переносчика энергии. Под действием специальных ферментов концевые фосфатные группы отщепляются с освобождением энергии, которая идет на синтетические и другие процессы жизнедеятельности.

Аденозиндифосфат (АДФ) – нуклеотид, образованный аденозоном и двумя остатками фосфорной кислоты. Участвует в энергетическом обмене живых организмов.

АДФ получает энергию путем дефосфорилирование фосфоэнолпировиноградной кислоты под действием фермента трансфосфорилазы, которая переносит макроэргическую связь с кислоты на АДФ.

Уридиндифосфорная кислота (УДФ) и ее производные принимают участие во взаимопревращении углеводов.

В настоящее время известны три пути синтеза АТФ.

I. Окислительное фосфорилирование. Это наиболее важный в количественном отношении источник АТФ у аэробных организмов. Свободная энергия, необходимая для образования макроэргической связи АТФ, генерируется в дыхательной цепи.

II. Субстратное фосфорилирование – синтез АТФ при взаимодействии АДФ и другого макроэрга (субстрата: S~Ф): S~Ф + АДФ S + АТФ.

III.Трансфосфорилирование («путь спасения») - синтез АТФ из двух молекул АДФ: АДФ + АДФ Аденилаткиназа АТФ + АМФ.

Экспериментальные данные доказывают, что в условиях патологического разобщения окисления и фосфорилирования снижается функция различных органов (уменьшается выработка антител в условиях экспериментального гипотиреоза, снижается мышечная активность при α-динитрофеноловой интоксикации).

Особенно серьезные сдвиги в энергетическом обмене возникают при бактериальной интоксикации. Дифтерийный и стафилококковый токсины, золотистый стафилококк, обладая разобщающим действием, приводят к резкому увеличению фактической продукции тепла.

Еще более серьезные изменения энергетического обмена наблюдаются при тяжелых ожогах. Первичным пусковым механизмом этих изменений является уменьшение количества SH-групп белков, сопровождающееся снижением ферментативной активности митохондрий и разобщением окислительного фосфорилирования, что в конечном счете снижает выработку АТФ и ведет к нарушению функции внутренних органов. При ожогах уменьшение количества SH-групп белков связано с ингибированием их недоокисленными продуктами обмена и ожоговыми токсинами.

Энергетические процессы в клетке находятся в тесной зависимости не только от концентрации и активности некоторых субстратов (продукты обмена), но и от функционального состояния систем, регулирующих обмен энергии, и в первую очередь нервной и эндокринной систем.

Так, теплопродукция может значительно повыситься при эмоциональном возбуждении, в эректильной фазе травматического шока.

Основными регуляторами проницаемости митохондрий и, следовательно, энергетического обмена являются гормоны шитовидной железы (тироксин и трийодтиронин).

Задача 1. Объясните, почему при интенсивной физической работе активируется скорость реакций цитратного цикла? Напишите реакции, скорость которых при этом возрастает. Объясните, почему?

При интенсивной мышечной работе количество АТФ в клетке быстро уменьшается, это вызывает накопление АДФ, являющегося субстратом для АТФ-синтазы. АТФ-синтаза начинает работать, ионы Н+ устремляются в матрикс и величина электрохимического градиента снижается. По принципу дыхательного контроля это ускоряет движение электронов по дыхательной цепи, что имеет два очень важных последствия:

1. Возрастает выкачивание ионов Н+. Восстанавливаемый протонный гради-

ент используется для пополнения запасов АТФ.

2. Так как источником электронов являются НАДН и ФАДН2, в соответст-

вующих участках увеличивается их окисление. В результате снимается инги-

бирующее влияние НАДН на цикл лимонной кислоты и пируватдегидрогеназный комплекс. Активируются реакции катаболизма углеводов и жиров, как источника энергии

3,4,6,8 реакции ЦТК

Задача 12

В эксперименте с изолированными митохондриями в качестве изучаемого субстрата окисления использовали альфа-кетоглутарат. Проводилось измерение поглощения О2 и неорганического фосфора, на основе чего измерялся коэффициент Р/О. Представьте схему транспорта электронов и протонов по ЭТЦ от альфа-кетоглутарата до кислорода.

1. Чему равен коэффициент Р/О при полном сопряжении дыхания с окислительным фосфорилированием?

2. Как повлияет на скорость дыхания и коэффициент сопряжения добавление в среду ротенона?

3. Как изменятся эти параметры, если вместе с ротеноном добавить сукцинат?

4. Как изменится коэффициент Р/О при добавлении протонофора 2,4-динитрофенола?

Задача 2.

Непосредственно в реакциях цикла Кребса кислород не участвует. Тем не менее цитратный цикл - аэробный процесс. Объясните, почему он ингибируется в отсутствии кислорода.

потому что восстановленные коферменты НАДН2 и ФАДН2 образованные в ЦТК при тнормальных условиях отдают электроны в ЦПЭ на кислород — конечный акцептор электронов. Если его нету, то восстановленные коферменты будут накапливаться и ингибировать ЦТК по аллостерическому типу. Не будет аэроюного гликолиза, соответственно в ЦТК не будет поставлятся ПВК.

Задача 13.

При увеличении концентрации АДФ в клетке скорость цикла трикарбоновых кислот быстро увеличивается.

Увеличение активности какого фермента (ферментов) приводит к ускорению реакций всего цикла? Каков механизм активирующего эффекта избытка АДФ?

Про ферменты это все дегидрогеназы, так как в их реакции образуется NADH и FADH2, которые участвуют в синтезе атф из адф. Механизм активации: адф это субстрат, а увеличение количества субстрата ускоряет реакцию

Задача 3.

В эксперименте к гомогенату, содержащему все ферменты цитратного цикла и дыхательной цепи добавляли ацетил КоА. Что покажут измерения количественного содержания оксалоацетата и ацетил КоА до и после инкубации?

а) Происходило ли увеличение оксалоацетата? Объясните роль оксалоацетата в этом процессе.

б) Изменилось ли содержание ацетил КоА? Что происходит с ним в цикле Кребса?

Ответ:

а) оксалоацетат расходуется на реакцию оксалоацетата + ацетил КоА=цитрат

б)расходуется на образование лимонной кислоты

Ацетил-Коа израсходуется, а ЩУК не изменится.

Задача 14.

Увеличение концентрации АТФ и НАДН2 приводит к уменьшению скорости цикла трикарбоновых кислот. Активность каких ферментов снижается при увеличении концентрации АТФ и НАДН2 в клетке? Каков механизм ингибирующего эффекта избытка АТФ и НАДН2?

. при ↑у С АТФ в кл. ↓у активность регуляторных фер. цикла трикарб. к-т: цитратсин-таза, изоцитратдегидрогеназа, кетоглутарат-дегидрогеназа за счет ing-ия фер.по ал. типу. ↑у С НАДН приводит к ↓у V тех же регуля-торных р-ий, а также малатдегидрогеназы (НАДН2сдвигает МДГ-р-ию в сторону → малата).

Задача 4.

После перенесенного тяжелого заболевания у больного возникло гипоэнергетическое состояние. Врач порекомендовал больному витамины группы В.

Обоснуйте назначение врача.

У данного пациента гипоэнергетическое состояние то есть снижен синтез АТФ. Вит группы В входят в состав ферментов участвующих в транспорте электронов на кислород: В1 — учавствует в окислительном декарбоксилировании пирувата и альфа-кетогрутарата, учавстсвует в петозофосфатном пути, В2 — учавстсвует в образовании ФМН и ФАД, вит. РР (никотинамид) — учавствует в обращовании НАД и НАДФ.

Задача 15

При выделении митохондрий и использовании их для изучения скорости окислительного фосфорилирования к буферной системе, содержащей окисляемый субстрат, АДФ и Н3РО4, обычно добавляют небольшое количество чистого цитохрома С, выделенного из любого источника. Почему необходимо добавлять цитохром С? Почему его не обязательно выделять из того же источника, что и митохондрии?

Задача 5. При дефиците витаминов группы В возможно снижение активности процесса окислительного декарбоксилирования пирувата. Объясните причину этого снижения. Напишите суммарную реакцию окислительного декарбоксилирования пирувата, заполните таблицу:

Ферменты пируватдегидрогеназного комплекса

Е1 – пируватдегидрогеназа декарбоксилирующая;

Е2 – дигидролипоилацетилтрансфераза (трансацетилаза);

Е3 – дигидролипоилдегидрогеназа.

Коферменты пируватдегидрогеназного комплекса

1. Тиаминдифосфат (ТДФ, ТПФ), содержащий витамин В1, кофактор пируватдегидрогеназы.

2. Липоевая кислота, кофактор трансацетилазы.

3. Кофермент ФАД, содержащий витамин В2, кофактор дегидрогеназы дигидролипоевой кислоты.

4. Кофермент НАД, содержащий витамин РР.

5. Кофермент НS-КоА, содержащий аденин, рибозу, два остатка фосфорной кислоты, пантотеновую кислоту (витамин В3).

Липоевая кислота.Биологическая роль:является коферментом ПДК, участвует в окислении α - кетокислот.

Пантотеновая кислота, витамин В3. биологическая роль: входит в состав НS- КоА и участвует в окислительном декарбоксилировании α - кетокислот, участвует в активации жирных кислот. Авитаминоз проявляется дерматитом, депигментацией волос, поражением нервной системы.

Витамин В1, тиамин, антиневритный витамин. Биологическая роль: входит в состав кофермента ТДФ и участвует в окислительном декарбоксилировании α - кетокислот, а также является коферментом транскетолазной реакции в пентозофосфатном пути окисления глюкозы. Авитаминоз проявляется полиневритами (болезнь бери-бери).

При недостатке витамина В1 в организме накапливаются пируват и лактат, уменьшается содержание Ацетил-КоА, замедляется цикл Кребса, образование ацетилхолина. Большая концентрация пирувата токсически действует на ЦНС.

Задача 16

Может ли суспензия митохондрий в присутствии ротенона окислять сукцинат? Почему?

Ротенон является ингибитором первого комплекса дых. цепи, поэтому окисления сукцината не произойдет.

Задача 17.

У новорожденных детей в области шеи и верхней части спины имеется особая жировая ткань - так называемый "бурый жир", который у взрослых отсутствует. Бурая окраска зависит от высокого содержания митохондрий. Бурый жир имеется также у зимоспящих животных. В митохондриях бурого жира на каждый атом поглощенного кислорода образуется менее одной молекулы АТФ.

Какой физиологической функцией определяется низкое значение Р/О в буром жире новорожденных?

Ответ: Единствееная функция бурой жировой ткани-выработка тепла, необходимого зимоспящим животным при пробуждении и новорожденным с неразвитой еще терморегуляторной системой. Необычная для жира коричневая окраска объясняется высоким содержанием митохондрий, имеющих значительно больше ферментов дыхания, чем фосфорилирования. Такие митохондрии в меньшей степени настроены на производство АТФ, чем на свободное дыхание. Внутренние мембраны митохондрий бурого жира имеют специальные поры для ионов Н, котрые выносятся из матрикса в результате переноса ионов по дыхательной цепи и возвращаются в митохондрии минуя АТФ-синтетазу. В результате этого АТФ не синтезируется. Энергия переноса электронов рассеивается в виде тепла. Регуляция этого процесса осуществляется с помощью специфического для бурой жировой ткани белка, который локализован на внешней поверхности внутренней мембраны, способен связываться с пуриновыми нуклеотидами (АДФ и ГДФ) Функция этого белка состоит в изменении протонной проводимости внутренней митохондриальной мембраны. Связывание ГДФ с этим белком приводит к резкму снижению протонной проводимости. Содержание этого регуляторного белка в тканях варьирует в зависимости от стадии и развития холодового воздействия.

Задача 6.

В эксперименте с изолированными митохондриями в качестве окисляемого субстрата использовали малат. Может ли суспензия митохондрий окислять малат, если

а) в среду добавить ротенон,

б) вместе с ротеноном добавить янтарную кислоту.

Аргументируйте ответ.

А). Ротенон – ингибитор НАДН ДГ – первого комплекса дыхательной цепи.

Б). Окисление сукцината возможно, т.к. идет через второй функциональный комплекс дыхательной цепи.

Задача 18.

У больного с повышенной функцией щитовидной железы наблюдается уменьшение веса, субфебрильная температура, повышенная раздражительность. Объясните причины наблюдаемых симптомов заболевания.

Ответ: Такие симптомы наблюдаются при болезни Грейвса или базедовой болезни. Тк при гиперфункции щитовидной железы наблюдается повышенное выделение гормона тироксина, который является разобщитилем дыхания. Тк он тормозит синтез белка и стимулирует каталитические процессы, показателем служит «-» азотистый баланс, увеличение поглощения клетками О2. Он стимулирует работу Na-K-АТФ-азы на которую тратится энергия. В печени увеличивается скорость гликолиза, синтез холестерола и желочных кислот, которые являются детергентами мембран, следовательно происходит остановка их функций. В итоге он является ингибитором для процесса окислительного фосфорилирования.

у больного с ↑п ф-ей щит. жел. выдел. избыточ. кол-во тироксина – разобщителя окислит. фосфолириров. Разобщители о.ф., не влияя на созд. протон. потенциала, способствуют его расходованию в обход АТФ-синтетазы. Результ. ↓с образования АТФ явл. перечислен. у бол. симптомы: 1) ↓у веса связано с активацией энергетического обмена орг. Измен. в энергет. обмене (кало-ригенное св-во) тиреоидных гор., внешне выраж. в ↑п потреб. О2и продуцирование теплоты. В рез. происх. активное сгор. субстратов: лип., УВ. 2) субфебрильнаяt0– признак разобщенности о.ф. (↓с р/о) и рассеивание свободной Е переноса ē в виде тепла. 3) причина ↑п раздражительности - ↓с энергообеспеч. гол. моз. Многие биохим. ф-ии (К-Na-АТФ-азная р-ия, фосфолир. бел., синтез нейромедиаторов и специф. бел.), а также ф-ия НС (провед. нерв. имп., образов. синаптич. струк., хран. и переработка инф., трансмем. потенциал) требуют > Езатрат.

Задача 7. Как влияет энергетический потенциал клетки (АДФ/АТФ) на скорость реакций цикла трикарбоновых кислот? Ответ обоснуйте. Напишите реакции цикла, чувствительные к изменению энергетического потенциала.

Про ферменты это все дегидрогеназы, так как в их реакции образуется NADH и FADH2, которые участвуют в синтезе атф из адф. Механизм активации: адф это субстрат, а увеличение количества субстрата ускоряет реакцию

Задача 19

Большинство субстратов в цикле Кребса окисляется под действием НАД-зависимых дегидрогеназ. Исключением является сукцинатдегидрогеназа, простетической группой которой является ФАД. Почему НАД не может использоваться в качестве акцептора протонов и электронов (принимать электроны) в данной реакции? Ответ объясните, используя известные данные: окислительно-восстановительный потенциал НАД/НАДН2=-0.32 в, а ФАД/ФАДН2=+0.05 в и фумарат/сукцинат = +0.03 в.

Задача 8.

При изучении тканевого дыхания мышц in vitro, исследователи использовали в качестве субстрата окисления сукцинат. Дополнительное добавление в эту среду малоновой кислоты прекращало поглощение кислорода и в среде накапливался промежуточный метаболит цикла Кребса. Ответьте на вопрос:

а) какова причина остановки дыхания?

б) возможно ли снять вызванное малонатом ингибирование?

в) если Да, то каким образом?

Малонат - конкурентный ингибитор сукцинатдегидрогеназы в связи с этим дыхание тканевое при его добавлении прекращается . Это ингибирование обратимо, поэтому ингибирование можно снять путём добавления фермента сукцинатдегидрогеназы

А лучше сказать:Добавить избыток субстрата то есть сукцинат

Задача 20.

Человек страдает от бессонницы. Обратившись к врачу, он получил соответствующие рекомендации. В частности, врач назначил прием на ночь небольших доз аминобарбитала. Больной длительное время принимал этот препарат, в результате чего у него появилась быстрая утомляемость, резкая мышечная слабость.

Объясните причины и механизм возникших осложнений.

снотворные препараты производные аминобарбитала ing1 функ. комп. ДЦ. Это приводит к ↓с выработки АТФ и как => к быстрой утомляемости, мышечной слабости. Д/восстан. ф-ии ор. треб.: исключ. Барбиту-ратов и вкл. в рацион пит. субст. окис. (УВ и жиров).

Задача 9.

На экспериментальных животных изучалось влияние антимицина А и ротенона. Показано, что оба эти вещества токсичны для организма. Зная точки приложения действия антимицина А и ротенона на ферменты электронпереносящей цепи, объясните:

а) чем объясняется их токсичность?

б) решите, какое из этих 2-х соединений более токсично.

Дайте объяснение.

ротенон – ing НАДН-ДГ – 1 комп. ДЦ. Окис. сукцината возможно ч/з 2 функ. комп. Антимицин А явл. ing 3 функ. комп. ДЦ, блокирует транспорт ē на участие после убихинона. В резул. стан. невозмож. исполь-зов. субстратов, окисляемых как пиридино-выми (АТД-дегидр.), так и фловиновыми дегидрогеназами.

Задача 21.

Во время пожара из горящего дома вынесен пострадавший, который не имел ожогов, но находился в бессознательном состоянии. С большим трудом удалось вернуть его к жизни.

В чем причина тяжелого состояния пострадавшего и какие меры нужно принять для спасения больного?

основ. прич. – отрав. угар. газом, кот. связ. с наруш. 2-х проц.: транспорт. ф-ии гемоглобина и ingцитохромоксидазы. СО им.very высокое сродство к гемоглобину. Соед. с ним, оксид углерода не дает ему участ. в переносе О2. Оксид углер. блокир. цитохромоксидазу и делает невозможным сам проц. дых. Основ. меры связ. с восстан. транспорт. ф-ии гемоглобина. Нужно вынести пострадавшего на чистый возд. Повыш. парциального Р О2во вдых. возд. приводит к частичному вытеснению СО и слизи с Нв.

Задача 10.

В физиологических условиях температура тела человека выше температуры окружающей среды (36.6оС против 20оС). Объясните, чем обусловлена эта разница?

Какую роль в этом играют митохондрии? Ответ обоснуйте.

В митохондриях вырабатывается АТФ.ЦПЕ выполняет также терморегуляторную функцию. На синтез молекул АТФ расходуется примерно 40-45 %всей энергии электронов, переносимых по ЦПЭ, приблизительно 25% тратится на работу по переносу в-в через мембрану. Остальная часть энергии рассеивается в виде теплоты и используется теплокровными животными на поддержание температуры тела. Кроме того ,дополнительные образование теплоты может происходить при разобщ-ии дыхания и фосфорилирования

Задача 22

Если к дышащим митохондриям, выделенным из ткани экспериментального животного, добавить малат и АДФ, то как при этом изменится скорость дыхания и как будет изменяться концентрация этих веществ при инкубации? Какие метаболиты образуются в процессе дыхания? Какие ферменты катализируют реакции ЭТЦ митондрий?

Малат будет окисляться, АДф будет уменьшаться, следовательно атф будет увеличиваться. Скорость дыхания возрастет. При инкубации они будут сокращаться. Малат → оксалоацетат. Восстанавливается НАД → полная цепь переноса электронов → 3 молекулы АТФ. Фермент: малатдегидрогеназа.

Задача 11

Длительное использование разобщающего агента 2,4-динитрофенола как препарата в борьбе с ожирением имело негативные последствия: развивалось недомогание, повышалась температура тела, в некоторых случаях наблюдался летальный исход. Объясните:

1. На чем основывалось применение 2,4-динитрофенола в качестве препарата, снижающего массу тела

2. Объясните причины развивающихся осложнений.

2,4динитрофенол явл.разобщителем системы переноса электронов, не происходит связывания воды. Накопление вредных окисленных продуктов.

Ответ: применение основывается на разобщении процессов окислительного фосфорилирования и тканевого дыхания. Причина в том, что изменяется электронный потенциал, в результате чего протоны выходят из межмембранного пространства в матрикс митохондрий и энергия этих протонов вместо того, что бы идти на атф рассеивается в виде тепла.

Соседние файлы в папке ответы на коллоки